Элементный состав микробных матов гидротерм Байкальского региона

Байкальский регион отличается богатым разнообразием минеральных источников [1]. Высокая температура и поступление с термальными водами биогенных элементов благоприятствуют формированию микробных матов. Мат является высокоинтегрированной сбалансированной экосистемой со сложно организованной трофической структурой. Продуцентами и эдификаторами микробных матов являются цианобактерии, которые участвуют в процессах синтеза органических веществ и образовании биогенных минералов. Цианобактерии были одними из первых организмов, способных к биоминерализации – процессу, посредством которого живые организмы способствуют образованию минералов. Кроме собственно аккумуляции отдельных элементов и биогенного осаждения минералов микроорганизмы создают благоприятные условия для образования таких минералов, как карбонаты, сульфаты, фосфаты, силикаты. Микробное сообщество гидротерм играет важную роль в образовании карбонатных пород, в частности травертина. Наибольший вклад в осаждение карбоната кальция вносят цианобактерии, удаляющие неорганический углерод из раствора и нарушающие карбонатное равновесие [2].

Целью работы было определение и сравнение СHN-элементного состава микробных матов гидротерм Прибайкалья.

Объекты и методы исследования – термальные источники Алла, Гарга, Сеюя, Уро, Горячинск, Умхэй. Пробы микробных матов были отобраны в 2011–2013 гг., высушены в лабораторных условиях. Высушенный образец тщательно перетирали в агатовых ступках. Определение элементного состава проводили на CHNS/O-элементном анализаторе 2400 Perkin Elmer (CША), изучение минералов в составе микробного мата проводили с помощью сканирующего электронного микроскопа Hitachi TM 1000 c детектором TM 1000 EDS (Япония).

Результаты и обсуждение

На территории Байкальской рифтовой зоны широко распространены термальные воды малой минерализации (< 0,5–1,0 г/дм3). Все источники относятся к щелочным, значения рН варьировали от 8,3 до 9,8, состав вод – гидрокарбонатно-натриевый, сульфатно-натриевый с довольно высоким содержанием кремния (до 100 мг/дм3).

С помощью термогравиметрического анализа впервые было определено содержание общего углерода, водорода и азота в микробном мате (табл.). Наибольшее содержание углерода (С общ ) выявлено в мате источников Гарга, Алла, Сеюя, Умхэй и Уро.

Большая часть углерода приходится на органическую часть, которая представлена углеводами, что связано с накоплением их в составе клеточных стенок, слизистых чехлов цианобактерий и экзополимеров, структуроформирующих компонентов матов [3]. Ранее было показано, что исследованные микробные маты характеризовались высоким содержанием золы, что, по-видимому, обусловлено двумя компонентами: силикатами, способными осаждаться на поверхности цианобактериальных матов, содержание золы в которых может достигать 50–70 %, а также карбонатами, которые могут осаждаться цианобактериями в виде солей кальция [4].

Показано, что содержание кальция в микробных сообществах Баргузинской долины напрямую зависит от образования кальцита, формирование которого в микробном мате происходит в том случае, когда в среде содержание кальция превышает 10 мг/дм3 [4]. Воды Горячинского, Умхейского, Урин-ского и Сеюйского источников содержат не более 8 мг/л кальция, а Гаргинского Аллинского – 23 и 31 мг/дм3 соответственно (табл. 1).

Физико-химический состав микробных матов

Таблица 1

* – использование различных методов при определении химического состава может приводить к ошибке при суммировании, доходящей до 10 %. Тем не менее это позволяет сравнивать источники по каждому отдельному параметру между собой.

С помощью сканирующей электронной микроскопии с рентгеноспектральным детектором было показано, что в микробном мате источников Алла и Гарга происходило осаждение кальцита (рис. 1). Тогда как в источниках Уро и Сеюя формировались силикатные минералы (рис. 2), такие как кварц, анортит и альбит (по данным РФА) [5]. В гидротермах Умхэй и Горячинск из-за низкого содержания Ca²⁺ образование кальцита не происходило. Относительно высокое содержание С общ (36 %) источника Сеюя, по-видимому, обусловлено в большей степени углеродом органического происхождения, так как содержание азота в нем составляет почти 3 %, что в 3,5 раза выше, чем в остальных источниках. Напротив, содержание азота было наименьшим в тех источниках, где С общ было высоким, за счет, вероятно, образующихся карбонатных и силикатных минералов.

Полученные результаты показывают, что относительно высокое содержание С общ и малые количества N (0,6–1 %) выявлены в источниках Гарга и Алла, где происходило отложение карбоната кальция. В гидротермах Сеюя, Уро и Умхэй содержание азота составляло почти 3 %. Значительные количества С общ (15–36 %), по-видимому, обусловлены в большей степени углеродом органического происхождения.

А                             Б

Рис. 1. Кристаллы кальцита, формирующиеся в цианобактериальном мате и их химический состав: А – Аллинского источника; Б – Гаргинского источника

Рис. 2. Минералы, формирующиеся в цианобактериальном мате источника Сеюя и их химический состав